作物杂志,2024, 第1期: 157–165 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2024.01.021

• 生理生化·植物营养·栽培耕作 • 上一篇    下一篇

腐殖酸与不同耕作措施对盐碱土碳库和微生物群落结构的影响

杨彦明1(), 周祎1,2, 张子健1, 赵洋1, 李雅剑2, 庞雅祺1, 王亚迅1, 韩雯毓2, 刘景辉1()   

  1. 1内蒙古农业大学农学院,010000,内蒙古呼和浩特
    2通辽市农牧科学研究所,028000,内蒙古通辽
  • 收稿日期:2022-09-03 修回日期:2023-02-09 出版日期:2024-02-15 发布日期:2024-02-20
  • 通讯作者: 刘景辉,主要从事耕作制度与农业生态系统,E-mail:15771396947@163.com
  • 作者简介:杨彦明,研究方向为耕作制度与农业生态系统,E-mail:68282761@qq.com
  • 基金资助:
    内蒙古自然科学基金(2019MS03054);内蒙古自治区科技计划项目(2022YFDZ0018)

Effects of Humic Acid and Different Tillage Measures on Carbon Pool and Microbial Community Structure in Saline Alkali Soil

Yang Yanming1(), Zhou Yi1,2, Zhang Zijian1, Zhao Yang1, Li Yajian2, Pang Yaqi1, Wang Yaxun1, Han Wenyu2, Liu Jinghui1()   

  1. 1College of Agriculture, Inner Mongolia Agricultural University, Huhhot 010000, Inner Mongolia, China
    2Tongliao Institute of Agriculture and Animal Husbandry, Tongliao 028000, Inner Mongolia, China
  • Received:2022-09-03 Revised:2023-02-09 Online:2024-02-15 Published:2024-02-20
  • Contact: Liu Jinghui

摘要:

盐碱地作物苗期遇降雨或漫灌容易使土壤结皮,导致碳库代谢受阻、微生物生存环境恶化。为阐明施用腐殖酸后苗期深松、镇压措施对碱土碳库及微生物群落的影响,利用大田试验,设旋耕+腐殖酸(HA)、旋耕+苗期浅松+腐殖酸(QHA)、旋耕+苗期镇压+腐殖酸(ZHA)3个处理,以旋耕不施腐殖酸为对照(CK),通过测定土壤pH、电导率(EC)、有机碳(TOC)、无机碳(SIC)及细菌、真菌群落结构揭示其变化规律。结果表明,增施腐殖酸可有效降低土壤pH,使土壤SIC含量小幅降低,同时增加TOC含量,且以浅松处理增幅最显著,达40.36%。增施腐殖酸可导致土壤微生物生物量碳小幅降低,浅松、镇压会进一步增加降幅;增施腐殖酸使K+显著提高,增加K+/Na+,极大减少Na+伤害,提高作物的耐盐性。相关性分析发现,微生物与环境因子关系密切,其中芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、浮酶菌门(Planctomycetes)、Mortierellomycota、Rozellomycota与土壤pH呈显著正相关;酸杆菌门(Acidobacteria)、Mortierellomycota、Glomeromycota、Mucoromycota与SIC呈显著正相关;Rozellomycota与pH、SIC呈显著正相关;Firmicutes、Ascomycota与TOC呈显著正相关,疣微菌门(Verrucomicrobia)与MBC呈极显著正相关,Chytridiomycota与活性有机碳呈显著正相关。综合分析各项指标发现,增施腐殖酸配合苗期浅松(QHA)处理下盐碱土碳库及微生物群落结构最优。

关键词: 腐殖酸, 盐碱土, 碳库, 微生物群落结构

Abstract:

Rainfall or irrigation crusting at seedling stage of saline alkali soil crops is the main cause of soil environment deterioration. In order to clarify the effects of applying humic acid and cultivation measures at seedling stage on the carbon pool and microbial community of saline alkali soil, three treatments of rotary tillage+humic acid (HA), rotary tillage+shallow loosening at seedling stage+humic acid (QHA), rotary tillage+ suppression at seedling stage+humic acid (ZHA) were set through field experiments, and rotary tillage without applying humic acid was used as the control (CK), by measuring soil pH, EC, organic carbon, inorganic carbon and bacterial and fungal community structure, the change rules were revealed. The results showed that the application of humic acid could effectively reduce soil pH, slightly reduce soil inorganic carbon (SIC) content, and increase soil TOC content, and the increase rate of shallow loosening treatment was the most significant, reaching 40.36%. Increasing humic acid application could lead to a small decrease in soil MBC, while shallow loosening and suppression will further increase the decrease; Increasing the application of humic acid could significantly increase K+, increase K+/Na+, greatly reduce Na+ damage, and improved the salt tolerance of crops. Correlation analysis showed that microorganisms were closely related to environmental factors, among which Gemmatimonadetes, Planctomycetes, Mortierellomycota and Rozellomycota were significantly positively correlated with soil pH; Acidobacteria, Mortierellomycota, Glomeromycota and Mucoromycota were significantly positively correlated with SIC; Rozellomycota was positively correlated with pH and SIC; Firmicutes and Ascomycota were significantly positively correlated with TOC, Verrucomicrobia was extremely significantly positively correlated with MBC, and Chytridiomycota was significantly positively correlated with active organic carbon. Through comprehensive analysis of various indicators, it was found that the carbon pool and microbia community structure of saline alkali soil were the best under the treatment of increasing humic acid and shallow loosening (QHA) at seedling stage.

Key words: Humic acid, Saline-alkali soil, Carbon pool, Microbial community structure

图1

不同耕作措施下增施腐殖酸对土壤pH、EC、含水量的影响 不同小写字母表示0.05水平显著差异,下同。

表1

不同处理碳库管理指数变化

处理 TOC (g/kg) DOC (g/kg) MBC (mg/kg) SIC (%) CO2 [mg/(cm2?24h)] A CPI AI CPMI
CK 6.82±0.25b 1.24±0.22bc 309.97±28.08a 9.31±0.03a 86.43±0.80b 0.22±0.05b 1.00 1.00 1.00
HA 8.00±0.70ab 2.74±0.35a 272.25±15.10a 9.21±0.08a 110.37±0.72a 0.52±0.04a 1.17 2.42 2.83
QHA 9.58±0.69a 0.91±0.06d 232.08±31.63ab 9.03±0.04a 73.42±1.15c 0.11±0.01c 1.40 0.49 0.69
ZHA 8.05±1.88ab 1.49±0.18b 151.75±28.07b 9.21±0.07a 84.58±1.14b 0.23±0.04b 1.18 1.09 1.29

图2

不同处理对土壤K+、Ca2+、Mg2+和Na+含量的影响

图3

不同处理对耕层土壤细菌(a)、真菌(b)菌落的影响

表2

不同处理下土壤细菌、真菌Alpha多样性指数

项目Item 处理Treatment ACE Chao1 Simpson Shannon
细菌Bacteria CK 894.39±4.51a 876.10±11.61a 0.9925±0.0010a 8.0913±0.1030a
HA 869.64±76.57ab 860.62±97.99a 0.9858±0.0013ab 7.6918±0.1104a
QHA 843.63±54.43b 836.71±50.55a 0.9885±0.0024ab 7.8091±0.1913a
ZHA 850.87±13.79ab 837.67±12.65a 0.9824±0.0089b 7.7212±0.2688a
真菌Fungus CK 291.48±15.51a 293.24±14.51a 0.9575±0.0032a 6.1063±0.1915a
HA 282.41±19.00a 288.78±23.57a 0.9339±0.0086a 5.7549±0.1114a
QHA 242.94±14.83a 232.14±29.58a 0.7823±0.1019a 4.2029±1.1615a
ZHA 301.93±37.23a 315.46±138.48a 0.9378±0.0221a 5.6122±0.3665a

图4

不同处理中土壤细菌(a)、真菌(b)门水平的分布情况

图5

不同耕作措施下增施腐殖酸土壤细菌(a)、真菌(b)的属水平分布

图6

不同耕作处理中土壤细菌与环境因子相关性 “*”和“**”分别表示0.05和0.01水平显著相关,下同。

图7

不同耕作处理中土壤真菌与环境因子相关性

图8

不同耕作处理对燕麦生物产量影响

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